汽車排放耐久性試驗用駕駛機器人關鍵技術及性能評價研究.pdf

1、汽車排放耐久性試驗是國家法規(guī)規(guī)定的新車準許生產(chǎn)的強制性試驗之一。采用駕駛機器人代替人類駕駛在底盤測功機上進行排放耐久性試驗，可以使試驗不受場地、天氣和人為因素的影響，試驗數(shù)據(jù)的客觀性、準確性和重復性也大大提高，對于提高我國汽車試驗的水平和保證排放法規(guī)的順利實施具有重要意義。
　　 本文以汽車排放耐久性試驗系統(tǒng)項目為背景，以改善與提高駕駛機器人的駕駛性能和車速跟蹤精度為目的，理論與實踐相結合，在駕駛機器人的執(zhí)行機構、控制算法和性能

2、評價方面開展相關的研究工作。本論文的主要研究內容包括以下幾個方面：
　　 (1)對底盤測功機道路模擬技術進行了研究。本論文對汽車在平直道路上的受力情況與在底盤測功機上的受力情況進行了分析與比較，得到底盤測功機慣量模擬與行駛阻力模擬的控制模型，以保證試驗車輛在其上的動力學特性與車輛在實際道路上的動力學特性盡可能地保持一致。介紹了底盤測功機的結構以及狀態(tài)機模型。最后本論文詳細介紹了道路阻力滑行迭代算法，并通過實車試驗對算法進行驗證，

3、試驗結果表明該算法可以快速將目標阻力分解成車輛驅動輪的寄生阻力和底盤測功機的模擬阻力，同時具有快速收斂性。
　　 (2)對駕駛機器人的執(zhí)行機構進行了研究。首先介紹了駕駛機器人對執(zhí)行機構的要求，介紹了駕駛機器人的總體結構及其驅動方式的選擇。設計了駕駛機器人換擋機械手和機械腿的機械結構，以保證在緊急情況下油門機械腿能自動收回、離合器機械腿處于離合狀態(tài)。根據(jù)換擋機械手簡圖，建立了換擋機械手運動學方程，將七連桿優(yōu)化問題分解成選檔方向和掛

4、檔方向兩個四連桿的優(yōu)化問題。采用復合形法對機械手桿件幾何尺寸進行優(yōu)化，詳細介紹了復合形優(yōu)化算法，并對優(yōu)化結果進行仿真分析，結果表明耦合誤差在設計范圍之內。
　　 (3)對駕駛機器人的控制系統(tǒng)進行了研究。簡要介紹了硬件系統(tǒng)結構和組成，詳細闡述了軟件系統(tǒng)的結構和實現(xiàn)算法。提出了基于分層遞階模型的控制軟件架構，將駕駛機器人軟件分為傳感器接口層、規(guī)劃控制層、用戶接口層、車輛接口層和系統(tǒng)平臺層五層結構，并對層的功能進行了詳細的介紹。滿足高

5、實時性、魯棒性、復用性、開放性和維護性的要求。為了駕駛機器人能夠快速適應不同車型的車輛，開發(fā)了示教學習算法，通過試驗操作人員于把手示教車輛機械幾何尺寸，自動學習離合器結合區(qū)的位置、發(fā)動機加速性能和怠速制動性能以及制動器制動性能。針對起步和加速換擋過程中沖擊小的要求，設計了油門離合協(xié)調控制器。為了提高車速跟蹤精度并降低油門的“扇動”，設計了模糊自適應PID控制器，試驗結果表明，能有效克服常規(guī)PID控制方法存在的車速波動大、調節(jié)器參數(shù)難以整

6、定等問題。對減速工況，設計了油門制動控制器協(xié)調控制器，對切換規(guī)則和底盤測功機輔助制動算法進行了研究，可以有效降低對驅動輪制動器的磨損。
　　 (4)深入研究了駕駛機器人的駕駛性能評價方法。首先提出了駕駛機器人重復性和再現(xiàn)性的定義及其數(shù)據(jù)處理方法，然后從駕駛動作和駕駛性能兩個方面，引入了車速跟蹤精度、油門操作重復性等各個技術指標。引入雷達圖綜合評價方法，從車速跟蹤精度、車速重復性、油門重復性、油門平穩(wěn)性、駕駛沖擊度和里程偏差六個方

7、面對駕駛機器人性能進行綜合定量評價，并與人類駕駛員駕駛性能進行比較，試驗結果表明，駕駛機器人具有更高的重復性和駕駛性能。最后介紹了換檔機械手在變速器換擋性能試驗臺上的應用，并對試驗數(shù)據(jù)進行了分析。
　　 本文中具有創(chuàng)新性的研究工作概括如下：
　　 (1)針對駕駛機器人的執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)軟硬件結構，開發(fā)了一種基于分層遞階模型的控制軟件架構，滿足了高實時性、魯棒性、復用性、開放性和維護性的要求；
　　 (2)分析了

8、車輛實際道路上和底盤測功機上運動的動力學方程，采用了一種滑行迭代控制算法，可快速將道路目標阻力分解成車輛驅動輪部分的寄生阻力和底盤測功機的模擬阻力；
　　 (3)提出了一種基于模糊自適應PID算法的車速穩(wěn)速跟蹤控制器，克服了常規(guī)PID控制方法存在的車速波動大、調節(jié)器參數(shù)難以整定等問題；
　　 (4)為了協(xié)調底盤測功機控制系統(tǒng)輔助制動，開發(fā)了油門制動控制器協(xié)調控制器，有效降低了試驗車輛驅動輪制動器的磨損；
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